DE2840737B2

DE2840737B2 - Druckminderventil für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage

Info

Publication number: DE2840737B2
Application number: DE2840737A
Authority: DE
Inventors: Sadayoshi Toyota Ito; Takaaki Okazaki Ohta
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1978-03-01
Filing date: 1978-09-19
Publication date: 1980-02-07
Also published as: DE2840737C3; GB2015668A; US4203628A; GB2015668B; JPS54116574A; DE2840737A1

Description

hierin bedeutet:

V das S.^liwankungsvolumen in den Hinterradbremszylindern, das durch Ungleichförmigkeiten in den RotationsKörpern der Hinterradbremsen entsteht und Druckschwankungen verursacht,

A die bei geöffnetem Absperrventil beaufschlagte Kolbenfläche,

P4 den maximalen Druck, bei dem Druckschwankungen auftreten können,

P3 den minimalen Druck, bei dem Druckschwankungen auftreten können,

P5 den um die Amplitude der Druckschwankungen erhöhten Wert von P4,

und daß ferner derjenige Druck, bei dem das Absperrventil schließt, gleich oder größer dem Druck P5 ist.

Die Erfindung betrifft ein Druckminderventil für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlagc, das zwischen dem Hauptzylinder (Einlaß) und den Hinterrad-Bremszylindern (Auslaß) angeordnet ist und das einen Kolben aufweist, mit dem ein zwischen Einlaß und Auslaß angeordnetes, in der Ruhestellung des Kolbens offenes Absperrventil steuerbar ist. wobei der Kolben einlaßseitig einen dem Atmosphärendruck ausgesetzten Schaft aufweist, entgegen der Kraft einer Federvorrichtung auf einer dem Schaftquerschnitt entsprechenden Fläche druckbeaufschlagt ist, bei einem vorbestimmten Schaltdruck das Absperrventil schließt und bei geschlossenem Absperrventil auf einer kleineren wirksamen Fläche in Öffnungsrichtung des Absperrventils vom Einlaßdruck und auf einer größeren wirksamen Fläche in Schließrichtung des Absperrventils vom Auslaßdruck beaufschlagt ist

Ein Druckminderventil dieser Art ist bereits aus der DE-AS 15 80 148 bekannt Der Zweck eines solchen Druckminderventils besteht bekanntlich darin, den Fluiddruck in dem bzw. den hinteren Rad'.remszylin-

H) dem zu steuern, um das Schleudern des Hinterrades zu verhindern. Das Druckminderventil weist einen Kolben auf, der mit einer größeren Druckaufnahmefläche und einer kleineren Druckaufnahmefläche versehen ist wobei die erstere den Druck der hinteren Radbremszy-

/> linder und die letztere den Druck des Hauptzylinders aufnimmt Zwischen den beiden Druckaufnahmeflächen ist ein Absperrventil angeordnet Der mittels einer Federeinrichtung auf den größeren Druckaufnahmebereich konstant vorgespannte Kolben öffnet oder schließt das Absperrventil in Abhängigkeit von dessen Verschiebung, um den Fluiddruck in den bzw. dem Radbremszylinder^) zu steuern, so daß oberhalb des vorbestimmten Ansprechdrucks das Maß des Druckanstiegs darin niedriger als jener in dem Hauptzylinder

2~> gehalten wird.

In einem Fahrzeug, das mit einer hydraulischen Bremse versehen ist, können durch ungleiche Dicke der Rotorscheibe bzw. ungenügende Zylinderförmigkeit der Bremstrommel Vibrationen des Wagenaufbaus oder des

Ji) Lenksystems und manchmal eine pulsierende Bewegung des Bremspedal verursacht werden, was allgemein als Bremsrattern bezeichnet wird. Die ungleiche Dicke der Rotorscheibe bzw. ungenügende Zylinderförmigkeit oder Konzentrizität der Bremstrommel usw. können in

i") Rückkopplung über die Vibrationen der Bremsbacken, die durch die Scheibe bzw. Trommel bewirkt werden, periodische Schwankungen des Fluiddrucks in den betreffenden Radbremszylindern bewirken. Infolgedessen entsteht auch eine Schwankung des Bremsdrehmo-

w ments. Zur Verhinderung des Bremsratterns kann z. B. die Herstellungsgenauigkeit be' Rotorscheiben bzw. Bremstrommeln vergrößert werden, jedoch Anstrengungen und Bemühungen in dieser Richtung durch die Technologie und durch die Herstellkosten Grenzen

4") gesetzt.

Aus der DE-AS 23 40 317 ist eine Bremsanlage bekannt, die mit einer Dämpfungsvorrichtung zur Verminderung des Bremsratterns versehen ist. Diese Dämpfungsvorrichtung ist ein in den Hauptbremszylin-

■>ii der eingebauter, federbelasteter Kolben, der über eine Drosselleitung auf einem Drosselraum arbeitet. Diese Dämpfungscinrichtung ist zwar zur Verminderung des Bremsratterns wirksam und nützlich, sie verursacht jedoch hohe Mehrkosten und kann daher nur in

v> eingeschränktem Umfang eingesetzt werden. Eine ähnliche Dämpfungsvorrichtung ist in der US-PS 34 30 660 beschrieben. Dort ist eine getrennte Kolben-Zylindereinheit vorgesehen, die an geeigneter Stelle in den Bremskreis eingefügt wird. Hierdurch entstehen

tin ebenfalls zusätzliche Konstruktions- und Montagekosten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Druckminderventil der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit ihm die durch Ungleichförniigkeiten der Bremsrotationskör-

h'i per verursachten Druckschwankungen absorbiert weiden können

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hub L des Kolbens zwischen der Ruhestellung

und dem Schließen des Absperrventils der Bedingung genügt:

> JL Λ ₊ _An*J\

= U 2(P₅ - Ρ_Λ))

hierin bedeutet:

V das Schwankungsvolumen in den Hinteiradbremszylindern, das durch Ungleichförmigkeiten in den Rotationskörpern der Hinterradbremsen entsteht

und Druckschwankungen verursacht,
A die bei geöffnetem Absperrventil beaufschlagte

Kolbenfläche,
PA den maximalen Druck, bei dem Druckschwankun-

gen auftreten können,
P3 den minimalen Druck, bei dem Druckschwankungen

auftreten können,
P5 den um die Amplitude der Druckschwankungen erhöhten Wert P 4,

und daß ferner derjenige Druck, bei dem das Absperrventil schließt, gleich oder größer dem Druck PSist

Durch Vergrößerung des Kolbenhubs auf einen größeren Wert als gewöhnlich und durch Verkleinerung der eingestellten bzw. Sollast der Federeinrichtung auf einen kleineren Wert als gewöhnlich wird dem Druckminderventil die Eigenschaft verliehen, das Bremsrattern zu verhindern, indem es die Druckschwankungen absorbiert Die Druckschwankungen, die die Bremsvibration bewirken, finden gewöhnlich inne-halb eines gewissen begrenzten Druckbereichs statt, und dieser Druckbereich liegt gewöhnlich niedriger als der Punkt, an dem das Druckminderventil zu arbeiten beginnt Dadurch kann mit dem Druckminderventil ohne merkbare Erhöhung der Herstellkosten zusätzlich das Bremsrattern verhindert werden, ohne daß die ihm innewohnende Wirkungsweise, nämlich den Druck der Bremsflüssigkeit zu steuern, beeinträchtigt wird, und zwar dadurch, daß der Öffnungshub des Absperrventils und die Belastungskennwerte bzw. die Federkonstante der Federeinrichtung geringfügig abgeändert werden.

Mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Druckminderventils, im axialen Querschnitt,

Fig. 2 einen wesentlichen Teil des Druckminderventils gemäß F i g. 1 in größerem Maßstab,

F i g. 3 eine Kennlinie zur Erklärung des Betriebs des Druckminderventils gemäß Fig. 1,

Fig.4 eine zweite Ausführungsform eines Druckminderventils, im axialen Querschnitt,

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform eines Druckminderventils, im axialen Querschnitt.

In dem Gehäuse 1 des Druckminderventils 100 gemäß Fig. 1 ist ein Kolben 2 untergebracht, der gleitend in axialer Richtung in einer Bohrung 3 kleinen Durchmessers, aie einerseits in dem Gehäuse 1 und andererseits in einem in das Gehäuse 1 eingeschraubten Stopfen 4 mit einer Passung 5 ausgebildet ist, gleitend geführt ist. Zwischen dem Stopfen 4 und dem Kolben 2 ist eine Dichtung 6 flüssigkeitsdicht angeordnet, um einen mit Luft gefüllten Raum 7 zu bilden, der vor dem Eintreten der Bremsflüssigkeit in einem Raum innerhalb de Stopfens 4 schützt. Die Bohrung 3 kleinen Durchmessers in dem Gehäuse 1 liegt dem Kolben 2 nicht flüssigkeitsdicht an, so daß Bremsflüssigkeit eintreten kann.

Ein Ventilkörper 8, der fest an dem Kolben 2 in Flanschform festgelegt ist, und ein zylinderförmiger, in dem Gehäuse 1 angeordneter Ring 9, der als Ventilsitz dient, bilden ein Absperrventil 10 in dem Bremsflüssigkeitskreis zwischen einer öffnung 11 und einer weiteren öffnung 12, um die Verbindung zwischen den öffnungen zu öffnen bzw. zu schließen. Bei der Anlage des

in Ventilkörpers 8 an dem zylinderförmigen Ring 9 wird der Raum in dem Gehäuse 1 in zwei Teile geteilt. Ein Raum 13 auf der linken Seite des zylinderförmigen Rings 9 in F i g. 1 wird nachfolgend der erste Raum und der andere Raum 14 auf der rechten Seite des

π zylinderförmigen Rings 9 wird nachfolgend zweiter Raum genannt

Der Kolben 2 ist mittels einer Druckfeder 16, die über eine Federsiütze 15 an dem Stoplen 4 abgestützt ist, in eine Richtung zum Trennen von dem Luftraum 7 weg

2(i vorgespannt, d. h. in einer Richtung, in der der Ventilkörper 8 von dem zylinderförmigen Ring 9 getrennt ist. Der Ventilkörper 8 bleibt normalerweise in einer stationären Stellung, in welcher er an einem Schulterteil 17 des Gehäuses 1 anliegt Die unter Druck fließende Bremsflüssigkeit kommt in dieser Stellung von dem. Hauptzylinder 101 über die öffnung 11 in das Druckminderventil, tritt durch den ersten Raum 13, einem Spalt zwischen dem zylinderförmigen Ring 9 und einem Sitz 18 an dem Kolben 2, den zweiten Raum 14 und die öffnung 12 hindurch und gelangt zu den hinteren Radbremszylindern 102, 103. Wenn der Druck steigt, wird der Kolben 2, nach Überwindung der Federkraft der Druckfeder 16 in den Luftraum 7 geschoben, wobei der Ventilkörper 8 an dem zylinderförmigen Ring 3 zur Anlage kommt. In dieser Stellung wirkt auf den Kolben 2 der Druck der ersten Kammer 13, d. h. der Druck des Hauptzylinders Pm auf die kleinere druckaufnehmende Fläche 19, die sich durch den Unterschied B-A (den Querschnittsbertieh B des Ventilkörpers 8 vermindert um den Querschnittsbereich A des Kolbens 2) ergibt, und der Druck des zweiten Kaums 14, das ist der Druck der hinteren Radbremszylinder Pw auf den größeren druckaufnehmenden Bereich 20, der gleich der Querschni'.'sfläche des Ventilkörpers 8 ist. Wenn der Hfuptzylinderdruck weiter erhöht wird, ergeben die zwei wechselseitig entgegengesetzt wirkenden Kräfte unter deren Gleichgewicht die bekannte Druckverminderung. Der Abstand L zwischen dem Ventilkörper 8 und dem zylinderförmi-

■jo gen Ring 9 ist größer als gewöhnlich gemacht, und die Belastungskennvverte der Druckfeder 16 werden in verschiedener Art gegenüber herkömmlichen eingestellt In den herkömmlichen Druckminderventilen ist dei größte trennbare Abstand zwischen dem Ventilkör-

-,-, per 8 und dem zylinderförmigen Ring 9 nur sehr klein, so daß die Bremsflüssigkeit hindurchtreten kann, ferner sind dort die Belastungskennwerte der Druckfeder 16 nur unter Berücksichtigung eines solchen Druckes eingestellt, bei welchen die Druckverminderung begin-

w) ner. kann. Bei der Erfindung werden im Gegensatz der größtmögliche trennbare Abstand L. ebenso wie die Belastuneskennwertc der Druckfeder 16 ->o eingestellt, daß die Absorption von Druckschwankungen vollständig erreicht wird.

t,·, Diese Kennwerte werden nachfolgend im Detail mit Bezug auf das Absperrventil 10 gemäß F ig 2 beschrieben. Es wird ein Fall unterstellt, daß einer dr·- hinteren Radbremszylinder DruckschwanKunpt-n vcrur-

sacht. Wenn die Druckschwankung zufällig in beiden Radbremszylindern zugleich auftreten sollte, muß die Summe beider Vibrationen als Gegenmaßnahme betrachtet werden. Die Zeichen a bis f, die in der Beschreibung verwendet werden, sollen als die gezeigten jeweiligen Stellungen des Ventilkörpers 8 wie nachfolgend verstanden werden:

a: Die Stellung, in welcher das Verschieben des Kolbens beginnt, der sich in der am weitesten entfernten Stellung von dem zylinderförmigen Ring9 befindet;

b: die Stellung, in welcher der minimale Druck wirkt, wenn die Druckschwankung an dem Punkt c auftritt;

c: die Stellung an der untersten Grenze des Druckbereichs für die mögliche Druckschwankung;

d: die Stellung an der oberen Grenze des Druckbereichs für die mögliche Druckschwankung;

e: die Stellung beim maximalen Druck, wenn die Druckschwankung an dem Punkt d auftritt und

f: die Stellung, bei welcher der Druck zum Beginn des Druckverminderungsbetriebs wirkt (wobei der Kolben an dem zylinderförmigen Ring zur Anlage kommt).

Der Druck der Bremsflüssigkeit und die Belastung der Druckfeder entsprechend den jeweiligen Stellungen a bis f des Ventilkörpers 8 sind in der untenstehenden Tabelle angegeben, und der Druck der Bremsflüssigkeit an jeder Stelle ist in F i g. 3 dargestellt.

der Grenzen die Druckschwankung auftreten können, durch folgende Formel ausgedrückt werden:

Stdhini! des	Druck der llrems-	leder-
Ventilkörpers S	llÜSMllkcit	l;ist
;t	l\	I]
h	A	/·;
C	P_x	/-,
d	Λ	/·:,
0	A	/<
Γ	P₁,

Es sei hiermit vorausgesetzt, daß

Vdas Schwankungsvolumen in den hinteren Radbremszylinders 102 oder 103, das durch Ungleichförmigkeiten in den Rotationskörpern der Hinterradbremsen entsteht und Druckschwankungen verursacht;
A die bei geoifnetem Absperrventil beaufschlagte Kolbenfläche, wobei dann der Kolbenhub 2Li des Kolbens 2, der zum Absorbieren des vorstehend genannten Volumens erforderlich ist, durch die folgende Formel angegeben wird:

2L₁ = VA

und die Federkonstante K der Druckfeder 16 wird durch folgende Formel bestimmt:

K =

F₅ - F₄ F₃ - F₂

A L_x

A L₁

und des weiteren kann der Hub Li des Kolbens 2, wenn sich der Druck von der Minimalgrenze zu der Maximalgrenze des Druckbereichs ändert, innerhalb

/·4 - F₁ K

A K

Deshalb kann der Hub Li des Kolbens 2, der für die Absorption der gesamten Druckschwankung notwendig ist,durch folgende Formel ausgedrückt werden:

/'4

Des weiteren kann der Kolben 2 bei dieser Ausführungsform zur Druckverminderung dienen, und zwar zusätzlich zu der Absorption der Druckschwankung. Die Bedingungen ftäA und P, S Pi müssen erfüllt werden. Das lührt zu dem Schluß, daU der größtmöglich trennbare Abstand L zwischen dem Ventilkörper 8 und dem zylinderförmigen Ring 9 der Formel genügen muß:

und die eingestellte bzw. Sollast F der Druckfeder 16 muß der Formel genügen:

Der Kolben 2 befindet sich schon im Abstand von dem Schulterteil 17, wenn der Druck bis zur untersten Grenze des Druckbereichs erhöht worden ist, die den Vibrationsbereich der Bremse, welche ihrerseits die Druckschwankungen des Fluids verursacht, begrenzt, und der Kolben 2 tritt entgegen der Federkraft der Druckfeder 16 in den Luftraum 7 ein. Selbst wenn eine gewisse Volumenschwankung in dem hinteren Radbremszylinder 102 oder 103 unter dieser Bedingung auftritt, kann diese Schwankung durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens 2 absorbier! werden, um die Druckschwankung zu verkleinern, die zu einer wirksamen Verhinderung von Schwankungen der Bremse bzw. des Drucks führt.

Wenn der Bremsflüssigkeitsdruck die obere Grenze des Bereichs, in welchem die möglichen Druckschwankungen auftreten können, erreicht hat, kann eine Veränderung des Volumens in den hinteren Radbremszylindern 102 und 103 günstig durch die sehr kleine, aber gleichmäßige Gegenbewegung des Kolbens 2 absorbiert werden, weil der Ventilkörper 8 noch nicht zur Anlage an dem zylinderförmigen Ring 9 gekommen ist.

Alle Druckschwankungen in dem vorherbestimmten Druckbereich können auf diese Weise vermindert werden. Wenn der Druck der Bremsflüssigkeit weiter über die obere Grenze des Bereichs erhöht worden ist, kommt der Ventilkörper 8 an dem zylinderförmigen Ring 9 zur Aniage, wobei das Druckminderventil genau wie die herkömmlichen Ventile funktioniert, d. h. die Betriebsweise der Druckverminderung beginnt mit der Steuerung der Druckanstiegsrate in den hinteren Radbremszylindern 102, 103, die geringer als jener in dem Hauptzylinder 101 ist

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig.4 dargestellt und entspricht in den wesentlichen Teilen der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, so daß gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. I?i: Druckfeder 16 stützt sich über einen Federträger 21

an dem Gehäuse 1 ab. Eine weitere Druckfeder 22 ist in dem Luftraum 7 zwischen dem Kolben 2 und dem Stopfen 4 angeordnet. Diese zwei von der vorstehend beschriebenen Ausführungsform verschiedenen Punkte machen es möglich, daß die Dämpfung der Druckschwankung durch die Druckfeder 22 und die Drucksteuerung in den hinteren Radbremszylindern durch die Wirkyrg der Druckfedern 16 und 22 durchgeführt wird, nachdem der Kolben 2 an dem Federträger 21 zur Anlage gekommen ist. Diese Ausführungsform wirkt dann, wenn der Unterschied zwischen der oberen Grenze des üruckbereiches (in welchem Druckschwankungen entstehen) und dem Druck, bei welchem die Betriebsweise der Druckverminderung beginnt, groß ist. Eine dritte Ausführungsform (Fig. 5) unterscheidet sich von den vorstehenden Ausführungsformen in der Konstruktion des Absperrventils. Im Gegensatz zu der Ausbildung des Absperrventils in den vorstehenden Vorsprung 36 versehen, der ständig das Gehäuse 37 berührt, um das Ventil 35 von dem Ventilsitz 33 wegzuhalten. Durch diese fortwährende Trennung des Ventils 35 von dem Ventilsitz 33 wird die Verbindung des ersten Raums 41 und des zweiten Raums 42 gebildet, die auf jeder Seite des Absperrventils 30 ausgebildet sind. Wenn der Druck des Hauptzylinders vergrößert wird, und durch die Öffnung 43 zugeführt wird, wird der Kolben 31 gegen die Kraft der Druckfeder 44 in den Luftraum 45 geschoben, wobei der aus dem Ventilsitz 33 vorstehende Teil des Vorsprungs 36 graduell länger wird. Wenn schließlich das Ventil 35 zur Anlage an dem Ventilsitz 33 kommt, wird der Durchtritt für die Bremsflüssigkeit unterbrochen, so daß die Druckminderung beginnen kann. Da der Vorsprung 36 zur Anlage bei dieser Ausführungsform länger als gewöhnlich ausgebildet ist und die Belastungskennwerte bzw. die Federkonstante der Druckfeder 44 in gleicher Weise

i uicii, iii WciCiicii ucF τδιιϋΚυΓμεΓ ο 5Π

dem Kolben 2 und der fest angeordnete Ventilsitz das Absperrventil 10 bilden, wird ein Absperrventil 30 von einem fest in einer Ausnehmung des Kolbens 31 angeordneten Ventilsitz 33 und einem konstant in Richtung auf den Ventilsitz 33 mittels einer Druckfeder 34 vorgespannten Ventil 35 gebildet. Das Ventil 35 ist an seinem dem Ventilsitz 33 zugekehrten Endteil mit einem gemäß F i g. I ausgewählt ist, ist der Kolbenhub, bei der anfänglichen Bewegung des Kolbens bis zum Beginn der Druckminderung vergleichsweise lang und kann zum Dämpfen bzw. Verkleinern der Druckschwankungen in der Zwischenzeit durch Absorbieren derselben wirken, wobei der längere Kolbenhub ausgenutzt wird.

Hicr/u 2 Bhitt

Claims

Patentanspruch:

Druckminderventil für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage, das zwischen dem Hauptzylinder (Einlaß) und den Hinterrad-Bremszylindern (Auslaß) angeordnet ist und das einen Kolben aufweist, mit dem ein zwischen Einlaß und Auslaß angeordnetes, in der Ruhestellung des Kolbens offenes Absperrventil steuerbar ist, wobei der Kolben einlaßseitig einen dem Atmosphärendruck ausgesetzten Schaft aufweist, entgegen der Kraft einer Federvorrichtung auf einer dem Schaftquerschnitt entsprechenden Fläche druckbeaufschlagt ist, bei einem vorbestimmten Schaltdruck das Absperrventil schließt und bei geschlossenem Absperrventil auf einer kleineren wirksamen Fläche in Öffnungsrichtung des Absperrventils vom Einlaßdruck und auf einer größeren wirksamen Fläche in Schließrichtung des Absperrventils "om Auslaßdruck beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub L des Kolbens (2) zwischen der Ruhestellung und dem Schließen des Absperrventils (9, 19) der Bedingung genügt: